在機械制造方面,激光更是發揮出巨大的作用,激光切割、激光焊接、激光淬火、激光拋光、激光微細加工、激光熔覆與激光合金化、激光板料成形等技術都有著不俗的表現,而今天我們就深入了解一下激光焊接技術。
一、激光焊接技術的發展
激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。激光焊接技術歷經由脈沖波形向連續波形的發展,由小功率薄板焊接向大功率厚件焊接發展,由單工作臺單工件加工向多工作臺多工件同時焊接發展,以及由簡單焊縫形狀向可控制的復雜焊縫形狀發展,受激物質也包含了多種氣體和固體晶體。
激光焊接技術的發展重點仍然集中于設備的開發研制,包括如何提高最大輸出功率和如何提高光束的質量及其聚焦性能。
隨著激光焊接技術的廣泛應用與技術進步,激光焊接越來越接近人們心目中最理想的焊接方式,也越來越多地被人們所采用,并在理論與實踐的雙重推動下,發展得越來越快,而且激光焊接技術也越來越成熟。
二、激光焊接的原理及過程
激光蘊含極高能量,當激光照射到工件時,高能量使工件被照射部分熔化,這是激光焊接技術的基礎,當然激光也屬于光,因此被處理的工件表面不能太光滑,以減少激光反射。而激光只照射在工件一點,使工件局部達到極高溫度而熔化,當激光作用終止,局部熔化的金屬又會迅速凝固。
按激光束的輸出方式不同,可以把激光焊分為脈沖激光焊和連續激光焊。若根據激光焊時焊縫形成特點,又可以把激光焊分為熱導焊和深熔焊。前者使用激光功率低,熔池形成時間長,且熔深淺,多用于小型零件的焊接;后者使用的激光功率密度高,激光輻射區金屬熔化速度快,在金屬熔化的同時伴隨著強烈的汽化,能獲得熔深較大的焊縫,焊縫的深寬比較大,可達12:1。
激光焊接時,激光通過光斑向材料“注入”熱量,材料的升溫速度很快,表面以下較深處的材料能在極短的時間內達到很高的溫度。焊件的穿透深度可以通過激光的功率密度來控制。
由于激光束可利用反射鏡任意改變方向,因而能焊接用一般焊接方法難以接近工件的部位。激光焊接系統通常采用1～4kW的CO2激光器。由激光器產生的激光束經導光系統傳遞到拋物面鏡反射聚焦,在焦點附近達5000～20000K的高溫光束從噴嘴射出照射在金屬板接縫處,瞬間將接縫處的金屬材料熔化。激光束向前移動,熔化金屬凝固,形成焊縫,將兩塊分離的金屬板連成一整體。
由于氣體激光器可以連續焊接,適用于焊接0.12～12mm厚的低合金鋼、不銹鋼、鎳、鈦、鋁等金屬及其合金。采用固體激光器焊接時,由于輸出能量小(1～50J),脈沖激光持續時間短(<10ms),其焊點可小到幾十微米。故可用于0.5mm以下厚度的金屬箔片的點焊和連續點焊以及直徑0.6mm以下金屬絲的對焊;也適用于微型、精密、排列密集以及受熱敏感的貴重儀器部件的焊接。激光焊接的接頭型式與普通焊接相同。
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